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ISSN : 2288-0992(Print)
ISSN : 2288-100X(Online)
Protected Horticulture and Plant Factory Vol.21 No.1 pp.39-44
DOI :

온도와 EC 농도가 파프리카 역병 생장과 유주자낭 형성에 미치는 영향

이정한1†, 정성우2†, 조동천3, 배동원4, 곽연식2,3*
1경상대학교 생명과학연구원, 2경상대학교 농업생명과학연구원,
3경상대학교 응용생물학과, 4경상대학교 공동실험실습관
본연구는 파프리카의 양액재배시 온도와 급액의농도가 역병균의 생장과 유주자낭 형성에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다. 순수 분리된 역병균의 균학적 특징에는 격막이 존재하지 않았으며 역병균의 전형적 특징인 유주자낭이 형성되는 것을 관찰하였다. 온도조건에 따른 역병균의 균사생장은 25℃에서 가장 왕성하였으며, 20℃, 30℃ 그리고 15℃ 순으로 나타났다. 급액의 농도에 따른 역병균 균사의 생장은 EC 0.5에서 1.5 까지 점진적인 증가를 보였으며, EC 1.5에서 가장 빠르게 생장하는 것으로 나타났다. 반면 EC 2.0에서부터 감소하여 EC 3.5 이상에서는 균사가 전혀 생장하지 않는 것으로 확인되었다. EC 농도에 따른 역병균의 유주자낭 형성 정도는 급액의 EC 농도가 높을수록 유의성 있게 감소하였으며 EC 4.0에서는 가장 억제되었다.

Effects of Temperature and EC Concentrations on the Growth and the Sporangial Development of Phytophthora sp. in Paprika Cultivation

Youn-Sig Kwak2,3*, Jung Han Lee1†, Sung Woo Jeong2†, Dong Cheon Jo3, Dong Won Bae4
2Institute of Agriculture and Life Science, Gyeongsang National University
1Research Institute of Life Science, Gyeongsang National University, 3Department of Applied Biology, Gyeongsang National University, 4Central Instrument Facility, Gyeongsang National University

Abstract

In the present study, it was performed that the influences of temperatures and electrical conductivityon the mycelial growth and formation of zoosporangium of the Phytophthora sp. in paprika nutriculture.We investigated mycelial growth of Phytophthora sp. at different temperatures. Morphologicalcharacteristics of the isolated pathogen from paprika were typically similar to those of Phytophthora sp.such as no septa and formation of zoosporangia. Optimum growth temperature of the pathogen was 25oC. At20oC, 30oC and 15oC, the mycelium growth deceased, respectively. EC level of nutrient solution the mycelialgrowth was increased EC 0.5 up to 1.5 dS · m−1 and reduced 2.0 up to 3.5 dS · m−1. The formation of sporangiawas negatively correlated with EC, and the formation of sporangia were highly inhibited at EC 4 dS · m−1.

서 론

주요 시설 과채류 중 하나인 파프리카는 식품 영양학적 가치와 부가가치가 높은 고소득 작물로 국내에서는 대부분 양액재배로 생산되고 있다. 한편, 파프리카의 주년 재배에 있어 병해충의 발생은 생산량과 품질을 크게 저하시켜 문제시 되어오고 있다(Lee 등, 2008; Kim 등, 2008). 역병은 토양전염성 병원균으로 파프리카를 포함하는 모든 원예작물에서 발생하며 한번 발생이 시작되면 방제가 매우 어렵기 때문에 그에 따른 경제적 피해도 상당하다. Phytophthora속 병원균중 파프리카에 발병하는 역병균으로 대표적인 것이 P. capsici가 있으며, 이외에도 P. cactorum, P. drechsleri, P. infestans, 그리고 P. nicitianae 등이 발병하는 것으로 알려져 있다(Jee, 2000; Cho 등, 2007). Phytophthora 속 병원균은 일반 진균과는 달리 수생균으로 유주자낭을 형성하며 유주자를 만든다. 생성된 유주자는 수중에서 운동성이 활발하기 때문에 전염성이 매우 강한 병원균으로 분류되고 있으며 양액재배를 통해 생산되는 파프리카의 경우 재배조건에 따른 역병의 발생 피해를 입는 사례가 자주 발생한다(Jee 등, 2000). 채소작물 중 재배기간이 상대적으로 긴 파프리카는 역병균의 침입기회가 많으며, 특히 생식생장기와 장마기에 그 피해가 더욱 커지는 것으로 알려져 있다(Erwin과 Ribeiro, 1996; Jee 등, 2000). 일반적으로 식물병 방제를 위한 가장 확실하고 안전한 방법은 저항성 품종을 육종하여 재배하는 것이지만 안타깝게도 지금까지 역병균에 대한 저항성을 가지는 파프리카 품종이 육성된 바가 없다. 한편, 역병균은 식물의 재배환경에 따라 발병정도가 크게 달라진다고 보고되고 있는데, ivy에서는 양액 농도에 따라 역병의 발병정도가 달라지며 구리를 급액에 첨가하였을 때 그 피해를 크게 경감시킬 수 있고 (Toppe와 Thinggaard, 2000), 오이에서는 수온이 높아질 수록에 역병균에 의한 과실의 발병정도가 커진다고 보고되고 있다(Granke와 Hausbeck, 2010). 노지수박의 경우 골피복에 의해 역병의 발병정도를 크게 감소 시킬 수 있다고 하였다(Noh 등, 2007). 일반적으로 파프리카의 양액재배시 야기되는 역병균은 급액시스템으로 유입되거나 오염된 배지의 사용으로 병 발생이 되는 것으로 추정된다(Jee 등, 2000). 그러나 현재까지 파프리카에서 발생되는 역병균에 대한 명확한 방제지침이나 예방법이 마련되어 있지 않아 수출위주의 농가에서는 그 피해에 대한 마련책이 전무한 실정이다. 역병균으로 부터의 예방법을 마련하기 위해서는 우선적으로 파프리카에서 발생되는 역병균에 대한 동정과 발생 형태에 대한 예찰이 시급하다 할 수 있다. 

이에 본 연구에서는 파프리카의 양액재배 시 발생되는 역병균에 대한 정확한 진단을 위해 1) 파프리카 역병균의 발생에 미치는 온도의 영향과 2) 역병균 생장과 유주자낭 형성에 미치는 양액의 농도에 관한 실험을 수행하였다. 

재료 및 방법

1. 병원균 분리 및 온도에 따른 균사생장

병원균은 산청군 신등면 소재 파프리카 재배농장에서 역병 발생 식물체의 지제부의 이병조직을 채취하여 순수분리의 방법으로 이병조직을 70% ethanol에 30초, 1% sodium hypochlorite로 60초간 표면 살균한 다음 Water Agar(WA) 이식하고 25℃ 항온기에서 순수 배양하여 생성된 균총의 끝 부분을 잘라서 Potato Dextrose Agar(PDA) 배지(Difco, USA)에 치상하고 7일간 배양하여 시험에 사용하였다. PDA 배지에 7일간 배양된 역병균(Phytophthora sp.)을 지름 0.5mm 코르크보러로 자른 다음 백금선을 이용하여 PDA 배지에 치상하고 15, 20, 25와 30℃로 온도조건을 각각 달리한 항온 배양기에서 3일간 배양하여 균사의 직경을 측정하였다. 

2. EC 농도조절

본 연구에서 사용된 양액은 일반적으로 파프리카 재배농장에서 쓰이는 양액으로 성분표는 Table 1과 같다. EC meter(Orion 3-Star, Thermo Scientific, USA)를 이용하여 양액의 EC농도를 0.5에서 4까지 0.5dS · m−1 간격으로 나누어 조제하고, 병원균에 양분을 공급하기 위하여 1/5 PDB(Potato Dextrose Broth) 첨가하였다. EC 농도별 조제액은 미생물의 오염을 막기 위하여 syringe filter(0.45μm)로 여과하여 실험에 사용하였다. 

Table 1. Composition of stock nutrient solutions.

3. EC 농도별 역병균 생장

PDA 배지에 7일간 배양된 역병균을 메스를 이용하여 0.5mm2의 정사각형으로 절단하였다. Syringe filter (0.45m)로 여과한 EC 농도별 조제액을 멸균된 삼각 플라스크에 100mL씩 분주하고 절단된 역병균 disk를 삼각 플라스크에 넣고 shaking incubator(25℃, 100rpm) 에서 1주일간 배양하여 생장한 균사의 길이를 측정하였다. 대조구로는 1/5X PDB를 사용하였다. 

4. 유주자낭 형성정도

PDA 배지에 배양된 역병균을 메스를 이용하여 2cm2의 정사각형으로 절단하여 빈 petri-dish에 3조각씩 치상하였다. 여과한 EC 농도별 조제액 20mL를 3조각씩 치상된 petri-dish에 분주하고, 24시간 형광등 아래에서 배양하여 1mm2당 형성된 유주자낭의 수를 광학현미경(Bx41, Olympus, Japan) 으로 조사하였다. 

5. 통계분석

온도에 따른 균사생장, EC 농도별 역병균 생장 및 유주자낭 형성정도 조사하기 위해 SAS(SAS Institute, Inc. 1989, Cary, NC) program을 이용하여 ANOVA 분석을 하였으며, 처리평균간 비교를 위하여 Turkey’s test(P = 0.05)를 실시하였다. 

결과 및 고찰

1. 병원균 분리 및 역병균의 온도에 따른 균사생장

역병균의 균학적 특징을 관찰하기 위하여 역병 발생 파프리카의 지제부 이병조직에서 균을 분리하여 역병균의 형태를 관찰한 결과(Fig. 1), 분리된 병원균은 격막이 존재하지 않고 역병균의 전형적 특징인 유주자낭이 형성되는 것으로 확인 되었다(Fig. 1B). 또한 유주자낭 내부에 유주자가 있는 유주자낭과 (Fig. 1C), 유주자가 분출되어 유주자낭이 비어있는 형태로 존재하는 것으로 확인되었다(Fig. 1D). P. capsici의 경우 포자낭에서 유주자 방출을 위해서는 관수시간이 5~6시간이면 충분하여 배지의 포화정도가 유주자의 활동성 및 감염성과 밀접한 관련이 있는 것으로 생각된다 (Bernhard와 Grogan, 1982). 일반적으로 역병균의 유 주자는 주화성, 주료성, 주지성과 주전성을 가지며 (Allen과 Harvey 1974; Apple 1961; Cameron과 Carlie 1980; Katsura 1971; Katsura와 Miyata 1971; Kliejunas와 Ko 1974), P. palmivora의 유주자 운동성은 파파야 묘목의 병 발생에 결정적 역할을 한다고 보고되어있다(Kliejunas와 Ko, 1974). 일반적으로 역병균 유주자의 운동성과 내구력은 작물의 재배환경 요인에 의해 크게 영향을 받는다(Katsura, 1971; Katsura 와 Miyata, 1971; Kliejunas와 Ko, 1974; Bernhard 와 Grogan, 1982). 

Fig. 1. Symptoms of Phytopthora blight root rot of paprika in nutriculture and features of the causal pathogen, Phytophthora sp. Heavily infected slab of soil surface stem (A); Sporangia and hyphal (B); repleted zoosporangia (C); and empty sporangia after zoospores release (D) in potato dextrose agar medium.

파프리카 역병균 균사의 생장에 미치는 온도조건을 확인하기 위해 균사가 있는 배지를 15, 20, 25, 그리고 30℃에서 배양한 결과 균사의 생장은 5.64~ 3.26cm의 범위에 존재하였으며, 25℃에서 5.64cm로 가장 빠르게 생장하였고, 20℃와 30℃에서 각각 5.02, 4.82cm 순으로 나타났다. 그리고 15℃에서 3.26cm로 가장 느린 생장이 관찰 되었다(Fig. 2). Katsura(1971)와 Kim 등(1989)의 결과에 따르면 P. capsici 균사의 생장과 유주자낭의 발아력은 25℃에서 가장 왕성하다고 하였다. 또한, 고추에서도 역병균은 25℃에서 병원성이 가장 높으며, 15℃와 35℃에서는 병원성이 없다고 하였다(Kim 등, 1985). 이는 본 실험의 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 일반적으로 파프리카는 유묘를 큐브에 정식한 후 시설 내 온도조건을 주간 25℃와 야간 20℃로 관리하며 착과기에는 시설내 온도를 야간에는 15~16℃로 유지하고 주간에는 25~28℃까지 높여주게 된다. 따라서 파프리카의 정식 이후에서 착과기까지 재배기간에서는 역병균의 발생시 균사의 생장이 가장 빨라질 수 있으므로 사전 예방이 최선이라 사료된다. 

Fig 2. Mycelial growth of Phytophthora sp. at different temperature for 3 days in PDA. Bars with the Different letters show statistically significant differences between treatments according to the Tukey test (p < 0.05). Error bars represent the standard deviation of five replicates.

2. 양액의 EC농도별 역병균 생장과 유주자낭 형성정도

양액의 EC 농도에 따른 역병균의 생장에 미치는 영향을 조사한 결과(Fig. 3), 액체 배양된 역병균 균사의 직경은 EC 0.5에서 1.5까지 점진적으로 증가하여 EC 1.5에서 8.0mm로 가장 두껍게 나타났다. 반면 EC 2.0을 기준으로 감소하기 시작하여 EC 3.0에서 1.9mm, 그리고 EC 3.5와 4.0에서는 균사가 전혀 생장하지 않는 것으로 나타났다(Fig. 4). 본 시험의 결과, 3.0 이상의 EC에서는 역병균의 생장이 크게 감소되거나 또는 억제되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 파프리카 역병균 균사의 생장억제 효과는 양액의 EC 3.5 이상의 농도에서 크게 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 높은 EC 농도에서는 파프리카의 생육과 결실에 영향을 미칠 수 있으므로 추 후 EC 농도 조절에 따른 역병균의 방제효과에 관한 면밀한 검토가 있어야 할 것으로 판단된다. 

Fig 3. Mycelial growth of Phytophthora sp. at different levels of electrical conductivity of paprika media culture. Number means electrical conductivity concentration.

양액의 EC 농도별 배양 24시간 후 형성된 유주자낭 수를 조사한 결과, 대조구에서 유주자낭이 48개로 가장 많이 형성이 되는 것을 확인 할 수 있었다. EC 0.5 수준에서는 44개로 대조구와 큰 차이를 나타내지 않았으나, EC 1.0에서 4.0 수준으로 농도가 높아질수록 유주자낭수가 유의성 있게 줄어들었으며, EC 4.0에서는 15개 이하로 현저히 줄어들었다(Fig. 5). Kim 등(1989)의 결과에서 EC 농도를 1, 3, 5, 10으로 달리하여 P. capsici의 균사생육을 조사한 결과 균사직경이 EC 농도에 반비례하였다고 하였다. 역병균 이외에도 병원균에서도 유사한 경향을 보였는데 Oomycetes 에 속하는 Phytophthora spp.와 Pythium spp.의 균사 생장 또한 염의 농도증가와 삼투포텐셜에의해 크게 영향을 받는 것으로 보고되고 있다(Blaker와 Macdonald, 1985; Coffey와 Joseph, 1985; Duniway, 1979; Tresner 와 Hayes, 1971). 유주자낭의 분출율을 확인한 결과에서 Kim 등(1989)은 EC 1.0에서 63.9% 였다가 EC 3.0에서는 5.5%, 그리고 4.0에서는 4.4%로 크게 감소하는 것으로 보고하였으며, 직접발아율도 같은 경향을 보여 EC 3.0 이상의 배양액은 역병균의 생장에 크게 불리하게 작용 할 수 있다고 하였다. 아울러 P. aphanidermatum과 Pythium spp.의 병원균의 생장 또한 EC 농도의 증가에 따라 감소하였다(Baker and MacDonald, 1985; Duniway, 1979; MacDonald and Duniway, 1978). 고추류의 역병균은 EC 3.0의 수준이나 그 이상의 높은 농도에서 발생율이 크게 억제되며(Park과 Kim, 1989), 파인애플에서 발생하는 역병균인 P. cinnamomi에서도 EC의 농도가 증가에 따라 병발생이 감소한다고 하였다(Anderson, 1951). 이러한 결과와는 대조적으로 담배에서는 역병균인 P. parasitica var. nicotiana가 높은 염의 농도에서 병발생이 증가한다고 하였으며, 감귤 묘목의 경우 토양의 염농도가 높으면 뿌리썩음병이 증가한다고 하였다 (Blacker와 Macdonald, 1986). 선행된 결과를 종합해보면 역병균의 EC농도에 대한 감수성은 식물의 종에 따른 차이가 있는 것으로 판단되었다. 

Fig. 4 Influence of electrical conductivity on the mycelial growth in Phytophthora sp. Bars with the Different letters show statistically significant bars represent the standard deviation of five replicates.differences between treatments according to the Tukey test (p < 0.05). Error bars represent the standard deviation of five replicates.

Fig 5. Influence of electrical conductivity on the formation of zoosporangium of Phytophthora sp. Bars with the Different letters show statistically significant differences between treatments according to the Tukey test (p < 0.05). Error bars represent the standard deviation of five replicates.

이상의 결과에서 파프리카 양액재배 시 발생되는 역병균은 25℃에서 생장이 빠른것으로 확인되었으며 배양액의 EC 농도에 따른 유주자낭의 개체수와 균사의 생장은 3.0 이상에서 크게 감소하는 것으로 확인되었다. 파프리카의 주년 재배에서는 영양생장기와 생식생장기에 따른 급액의 EC 농도를 달리하는데 급액의 농도가 낮을 경우 역병균의 발생과 발병정도가 더 심할 것으로 예측이 된다. 그러나 EC 농도를 과도하게 높게 할 경우 생리적 장해를 초래할 수 있을 것이다. 따라서 급액의 EC를 낮게 관리할 경우 역병균의 발병에 더 주의를 기울여야 할 것으로 사료된다. 

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